JPH0240567A - 自動校正機能付電流測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は例えば高抵抗素子の電流−電圧特性を測定す
るような場合に用いる電流測定装置に関し、特Ｃ；自動
校正機能を付加した電流測定装置に関する発明である。

「従来の技術」 第５図（＝従来の電流測定装置を示す。図中１０は電流
測定装置全体を指す。電流測定装置１０は演算増幅器１
１と、電流検出用抵抗器Ｒ１，Ｒ２Ｒ３と、これら電流
検出用抵抗器Ｒ１＊　Ｒ２ｇ　Ｒ３’！’選択的檻二演
算増幅器１１の入力端子と出力端子の間ζ二接続するレ
ンジ切替スイッチＳ、　、　Ｓ２．　Ｓ３と、演算増幅
器１１から出力される電圧信号をディジタル信号に変換
するＡＤ変換器１５と、このＡＤ変換器１５を制御する
こと、補正演算を行なうこと、表示器１６１：測定結果
を表示すること等を実行するマイクロコンピュータ１７
と、このマイクロコンピュータ１７に付設されたメモリ
１８とによって構成される。

披測定亀流工、は入力端子１９を通じてレンジ切替スイ
ッチ８１〜Ｓ３によって選択された電流検出用抵抗器Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３の何れかに流れ、電流検出用抵抗器Ｒ１
＊　Ｒ２ｒ　Ｒ３の何れかに重圧降下を生じさせる。こ
の電圧降下に相当する電圧が電圧信号として出力され、
ＡＤｉ換されて表示器１６に表示される。

つまり演算増幅器１１と、電流検出用抵抗器Ｒ１〜Ｒ３
によって電流−電圧変換器が構成される。演算増幅器１
１は高入力インピーダンスー低出力インピーダンスを実
現するインピーダンス変換器として動作する。

この電流測定装置１０の測定精度は電流検出用抵抗器Ｒ
１〜Ｒ３の抵抗値に上って決められる。このため従来こ
の電流測定装置ｌＯを校正するために電流検出用抵抗器
Ｒ１〜Ｒ３と直列に抵抗値調整用として可変抵抗器を接
続したり、或はマイクロコンピュータ１７に付設したメ
モリ１８に電流検出用抵抗器Ｒ１〜Ｒ３の校正係数を記
憶させ、測定の都度この校正係数を測定結果又は各電流
検出用抵抗器Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値に乗算して補正してい
る。

「発明が解決しようとする課題」 電流検出用抵抗器Ｒ０〜Ｒ３のそれぞれに抵接値調整用
の可変抵抗器を直列に接続するか、又は各電流検出用抵
抗器Ｒ，−Ｒ３の校正係数をメモリ１８に記憶させる方
法の何れにしても各レンジ毎に校正７行なわなくてはな
らない。

このため各レンジのフルスケールＣ二対窓する電流を発
生する標準電流発生器を用意し、この標準電流発生器を
利用して各レンジを校正している。

また測定電流レンジがマイクロ　ナノ、ピコオーダのよ
うに微少電流の場合は入力端子１９と標準電流発生器と
の間に接続されるケーブルの静電容量の影響によって標
準電流発生器から与えられる電流が安定するまでの時間
が長いため、校正に時間が掛る欠点もある。

この発明はこれらの欠点を解決して微少電流域での校正
を自動化した校正機能ン備えた電流測定装置を提供しよ
うとするものである。

「課題を解決するための手段」 この発明では複数のレンジを持つ電流測定器において、
標準電池接続端子を設け、この標準電池接続端子に標準
電池を接続してＡＤ変換器に標準電圧を与え、そのＡＤ
変換値からＡＤ変換器の変換利得に対する校正値を求め
て記憶し、更に測定入力端子に標準電流源を接続し、こ
の標準電流源から最も大きい電流を測定するレンジに用
いる電流検出用抵抗器に標準電流を与えて電圧を発生さ
せ、その発生電圧によってこの電流検出用抵抗器の抵抗
値ン求め、更に内部に校正電圧源を設け、この校正電圧
源の電圧をＡＤ変換して上記標準電池の標準電圧と比較
して校正し、爾後上記電流検出用抵抗器の抵抗値と校正
用電圧源の電圧値に利用して他の電流検出用抵抗器の抵
抗値を校正するようにして自動校正機能付電流測定装置
を構成したものである。

「作　用」 この発明の構成Ｃおいて、先ず外部（：標準電池を用意
し、この標準電池の標準電圧を直接ＡＤ変換器に与え、
そのＡＤ変換出力が標準電圧に対窓する値になっている
か否かを判別し、標準電圧に対窓する値から外れている
場合は、そのＡＤ変換値を標準電圧に対応する値に修正
するための校正係数を求め、この校正係数をメモリに記
憶してＡＤ変換器の校正を終了する。

このようにして校正されたＡＤ変換器を使って、内部に
設けた校正電圧源の校正電圧を測定し、校正電圧の真値
を求める。

次に複数ある電流検出用抵抗器の中の最も抵抗値が小さ
い、つまり最も電流値が大きいレンジで用いられる第１
電流検出用抵抗器の抵抗値を校正する。

この校正は演算増幅器の入力と出力端子間に第１電流検
出用抵抗器を接続した状態で演算増幅器の入力端子に標
準電流源を接続して行なわれる。

つまり第１電流検出用抵抗器Ｃ二外部から既知の値を持
つ標準電流を与え、そこに発生する電圧をＡＤ変換器で
ＡＤ変換し、そのＡＤ変換値からそのとき接続されてい
る第１電流検出用抵抗器の真の抵抗値を求める。

第１電流検出用抵抗器の抵抗値が求まると、その状態で
次に大きい抵抗値の第２電流検出用抵抗器を演算増幅器
と内部に設けた校正電圧源との間に接続し、この第２電
流検出用抵抗器を通じて第１電流検出用抵抗器に電流を
与える。この状態で発生する電圧は第１電流検出用抵抗
器の抵抗値をＲ１、第２電流検出用抵抗器の抵抗値をＲ
２、校正型この結果この測定電圧とＲ１とｖｒが既知で
あることから第２電流検出用抵抗器の抵抗値Ｒ２を求め
ることができる。

このようにして第１の電流検出用抵抗器の抵抗値と、校
正電圧源の電圧を利用して第２、第３、第４の電流検出
用抵抗器の抵抗値を測定し、そのズレな修正する校正係
数をマイクロコンピータの演算によって求める。

従ってこの発明イニよれば内部に設けた校正電圧源で発
生する校正電圧を利用して第２、第３、第４・・・の電
流検出用抵抗器の抵抗値？校正するための測定を行なう
から、各レンジ毎に校正用の標準電流源を用意しなくて
済む利点が得られる。

また内部の校正電圧源を利用して各レンジの校正を行な
うから、ケーブルの影響を受けることがない。このため
に短時間に°校正を行なうことができる利点も得られる
。

「実施例」 第１図にこの発明の一実施例を示す。図中１０はこの発
明による自動校正機能付電流測定装置を示す。

この発明による自動校正機能付電流測定装置１０は測定
入力端子１９の他に標準電圧入力端子２１を有し、この
漂桑電圧入力端子２１に必要（一応じて標準電池２２を
接続し、スイッチＳ７を接点Ｃに転換することによって
ＡＤ変換器１５に標準電池２２から標準電圧を与えるこ
とができるように構成する。

更にこの発明では内部に校正電圧源２３を設け、この校
正電圧源２３から校正電圧ｖｒを発生させ、この校正電
圧Ｖ、をスイッチＳ７の接点ａを通じてＡＤ変換器１５
に供給できるようＣ二構成する。尚スイッチＳ８は校正
電圧ｖｒと共通電位をＡＤ変換器１５に選択的に入力す
るための切換スイッチを示す。

一方電流検出用抵抗器Ｒ４＋　Ｒ２＊　Ｒ３ｒ　Ｒ４の
一端は演算増幅器１１の反転入力端子に接続する。

最も大きい電流レンジを規定する第１電流検出用抵抗器
をここではＲ１とすると、この抵抗器Ｒ１はレンジ切替
スイッチＳｏを通じて演算増幅器１１の出力端子に接続
する。

その他の電流検出用抵抗器Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はレンジ切
替スイッチＳ１．Ｓ２．Ｓ３を通じてモード切替スイッ
チＳ４．Ｓ５．Ｓ６の可動接点に接続する。

このモード切替スイッチＳ４．Ｓ５．Ｓ６の一方の接点
ａは演算増幅器１１の出力端子に接続され、他方の接点
すは校正電圧源２３に接続される。

レンジ切替スイッチＳ。−８３とモード切替スイッチ８
４〜Ｓ６及び切替スイッチＳ７．Ｓ８はマイクロコンピ
ュータ１７によってそれぞれ独立してプログラムに従っ
て自動的に切替制御される。

通常の測定モードではモード切替スイッチＳ４゜Ｓ５．
Ｓ６は接点ａ≦二接続され、また切替スイッチＳ７は接
点すに接続され、入力される被測定電流の大きさに応じ
てレンジ切替スイッチＳ。−８３が選択されて何れか一
つがオンに操作されて測定が行なわれる。

これに対し校正動作は次の順序に従って実行される。

■ＡＤ変換器１５を校正する。

スイッチＳ７を接点Ｃに接続し、入力端子２１に標準電
池２２を接続する。ＡＤ変換器１５は標準電池２２から
与えられる既知の電圧Ｄ’＆ＡＤ変換し、そのＡＤ変換
値ｓＦをメモリ１８に記憶する。

この場合ＡＤ変換器１５に共通電位のＯｖを入力し、そ
のときのＡ　Ｄ’変換値Ｓｚ’ｒ　ＳＦから減算し、ゼ
ロ点のズレを除去したｋ　＝　ｓ、　−ｓｚをメモリ１
８に記憶する。またこのとき使用した標準電池２２の真
の電圧Ｄ（電池２２に表示されている）をメモリ１８に
記憶させる。

０校正電圧源２３の電圧を測定する。

切替スイッチ８７に接点ａに接続し、切替スイッチＳ８
暑転換してＡＤ変換器１５に校正電圧ｖｒと共通電位Ｏ
Ｖを与える。校正電圧ｖｒのＡＤ変換値Ｅ。

からＯＶを与えたときのＡＤ変換値Ｅｚを減算し、Ｐ　
＝　ＥＦ　−ＥＺを求めＰをメモリ１８に記憶する。

■基準抵抗Ｒｏを校正する。

最大レンジを規定する第１電流検出用抵抗器がＲｏとす
ると、この抵抗器Ｒ１が電流検出用抵抗器の中で最も抵
抗値が小さい値となる。つまり電流側定レンジが１．〒
１．Ｔ、１ｏｏｏの関係（−設定されたとすると、Ｒ，
、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値はＲ１の抵抗値を１とすれ
ばＲ２は１０倍、Ｒ３は１００倍、Ｒ１は１０００倍の
抵抗値となる。

従ってここでは最も抵抗値が小さい電流検出用抵抗器Ｒ
１を基檗抵抗器と定め、この基準抵抗器Ｒ１の真の抵抗
値を測定する。

このため（：はスイッチＳ７を接点ｂｌ二接続し、レン
ジ切替スイッチＳ。乞オン、８１〜８３乞オフに側ｉ卸
する。この状態で入力端Ｔ’１９に標準電流源２４を接
続し、既知の標準電流Ｉ５を入力する。このとき演算増
幅器１１の出力に発生する電圧をＡＤ変換し、この測定
値を３１としてメモリに記憶する。

またこのとき入力した標準電流Ｉ５の真の値（標準電流
源２４に表示されている値）をＡ、としてメモリ１８に
記憶する。この記憶が行なわれると標準電流源２４は入
力端子１９から切離される。

■電流検出用抵抗器Ｒ２の抵抗値を測定する。

切替スイッチＳ７をｂ＋二接続し、レンジ切替スイッチ
Ｓ。ｌ　Ｓｌをオン、その他Ｓ２−８３はオフ、モード
切替スイッチＳ４を接点すに接続する。

従ってこの状態では第２図に示すように校正電圧源２３
が電流検出用抵抗器Ｒ２を通じて演算増幅器１１の反転
入力端子（−接続され、電流検出用抵抗器Ｒ２を通じて
電流Ｉｂを電流検出用抵抗器Ｒ１＋二与える。このとき
ＡＤ変換器１５の出力側に現われる電圧をＲ２としてメ
モリ１８に記憶する。

■電流検出用抵抗器Ｒ２の校正係数を求める。

今ここで電流検出用抵抗器Ｒ２ｉ二よる測定レンジの接
続状態は第３図（−示すようになる。

この測定状態において、被測定電流を仮にＸとし、その
ＡＤ変換データを０１とすると、Ｃ，＝　Ｒ２Ｘ　　　
　　　　　　　・・・・・・・・・・・・（１）である
から（以下電流検出用抵抗器Ｒ２〜Ｒ４の符号を抵抗値
と共用する）これを校正するとデータはＸ（＝ならなけ
ればならない。つまり校正係数を６２とすると、 Ｘ＝Ｇ２・Ｃ１・・・・・・・・・・・・（２）（１）
　、　（２１式より校正係数Ｇ２はを求めればよい。

′；５２図において ■で求めた電流検出用抵抗器Ｒ１の校正ではａＩ　”Ｒ
１”　Ａ！　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・
・（４）■、■のＡＤ変換器１５の校正データと、校正
電圧ｖｒの測定により Ｖ、：Ｐ＝Ｄ：ｋ　　　　　　　　・・・・・・・・・
・・・（５）（５）式より、 これによって電流検出用抵抗器Ｒ２のレンジの校正係数
０２が求まる。この校正係数Ｇ２をメモリ１８に記憶す
る。

■電流検出用抵抗器Ｒ３とＲ４のレンジでは第２図で電
流検出用抵抗器Ｒ２をＲ１とＲ４に変更すればよい。

然し乍ら電流検出用抵抗器Ｒ４のレンジでは各レンジが
１０倍ずつ変化するものとすれば、Ｒ４とＲ１の抵抗値
の比は１／１００ＯＣもなり、ＡＤ変換器１５のダイナ
ミックレンジが不足となる。この制約から必要な有効デ
ータが得られなくなる。そこで電流検出用抵抗器Ｒ４の
校正係数を求めるときは電流検出用抵抗器Ｒ３をＲ，の
代りに基準抵抗器として使用する。

（７）式より電流検出用抵抗器Ｒ３の校正係数Ｇ３は（
３）式に（４１、（６１式を代入すると、となる。

（９）式に（８）式と（６）式を代入すると、となる。

このように各電流検出用抵抗器Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の校正
係数Ｇ２．Ｇ３．Ｇ４は で与えられ、これら各補正係数Ｇ２．Ｇ３．Ｇ４を測定
の都度演算して求めるか、又はメモリ１８に記憶してお
くことができる。これらの校正動作はマイクロコンピュ
ータ１７に内蔵したＲＯＭ１ユ収納したプログラムに従
って自動的に実行される。

「変形実施例」 上述においてはレンジ切替スイッチ５ｏ−８６が１１１
Ｑ　次−個だけオンに操作されてレンジを切替る構造の
場合を説明したが、複数の電流検出用抵抗器を全部並列
接続して最も電流値が大きいレンジを設定し、その状態
から電流検出用抵抗器！−本ずつ切離して測定電流のレ
ンジを下げるように構成することもできる。

また第４図に示すように基準抵抗Ｒｘを演算増幅器１１
の入力端に接続することもできる。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明Ｃ二よれば内部に設けた校
正電圧源２３を用いて各レンジの校正を行なうから、各
レンジ毎に控票電流源を用意しなくてよい。よって利用
者の経済的な負担を少なくすることができる。

また内部に設けた校正電圧源を利用して校正を行なう構
造としたからケーブルの静電容量の影響を受けないで校
正を行なうことができる。この結果校正を短時間に済ま
せることができる。

更にこの発明では電流検出用抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の内で最
も抵抗値の小さい抵抗器を基準抵抗器と定め、この基桑
抵抗器の抵抗値暑利用して各レンジの校正を行なう構造
としたから精度の高い校正を行なうことができる。

換言すれば抵抗器の経時変化は抵抗値が大きい程太きく
ずれる。このために基準となる抵抗器全抵抗値が最も小
さい抵抗器（−選定することによって経時変化Ｃ二よる
影響を最小にすることができ、この点で校正の精度を確
保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す接続図、第２図及び
第３図はこの発明の校正動作乞説明するための接続図、
第４図はこの発明の変形実施例を示す接続図、第５図は
従来の技術を説明するだめの接続図であるＯ １０：電流測定装置、１１：演算増幅器、Ｒ１〜Ｒ４コ
電流検出用抵抗器、５ｏ−８３：レンｉ：／明替スイッ
チ、８４〜Ｓ６：モード切替スイッチ、Ｓ７゜Ｓ８：切
替スイッチ、１５：ＡＤ変換器、１６：表示器、１７二
マイクロコンピユータ、１８：メモリ、２２：外部Ｃ二
股けた控票電池、２３：内部に設けた校正電圧源、２４
：外部に設けた標準電流源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のレンジを持つ電流測定器において、標準電
   池接続端子を設け、この標準電池接続端子に標準電池を
   接続してＡＤ変換器に標準電圧を与え、そのＡＤ変換値
   からＡＤ変換器の変換利得に対する校正値を求めて記憶
   し、更に測定入力端子に標準電流源を接続し、この標準
   電流源から最も大きい電流を測定するレンジに用いる電
   流検出用抵抗器に標準電流を与えて電圧を発生させ、そ
   の発生電圧によってこの電流検出用抵抗器の抵抗値を求
   め、更に内部に校正電圧源を設け、この校正電圧源の電
   圧をＡＤ変換して上記標準電池の標準電圧と比較して校
   正し、爾後上記電流検出用抵抗器の抵抗値と上記校正用
   電圧源の電圧値を利用して他の電流検出用抵抗器の抵抗
   値を校正するようにした自動校正機能付電流測定装置。